超超臨界機組啟動分離器二氧化硅突變分析

葉平，高默劼

（中國電建集團裝備研究院有限公司，上海 200233）

超超臨界機組啟動分離器二氧化硅突變分析

葉平，高默劼

（中國電建集團裝備研究院有限公司，上海 200233）

以某新建1000 MW超超臨界機組在整套試運階段一次二氧化硅含量突變的現(xiàn)象為例，分析了此現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，提出了避免此現(xiàn)象再次出現(xiàn)的方法。

超超臨界機組；啟動分離器；二氧化硅；整套啟動；突變

某發(fā)電廠二期工程為2臺1000MW超超臨界燃煤火電機組，鍋爐為上海鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，鍋爐采用一次再熱、單爐膛單切圓燃燒、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構塔式布置。由上海鍋爐廠有限公司引進Alstom-Power公司Boiler Gmbh的技術生產。

鍋爐型號為SG3091/27.46-M541，鍋爐的BMCR工況額定蒸汽流量為3091t/h。鍋爐額定工況蒸汽壓力為27.46MPa。在鍋爐啟動及低負荷運行時，在達到最低直流負荷前，利用爐水再循環(huán)提升壓力來保證對爐膛水冷壁的足夠冷卻。當鍋爐負荷接近或大于最低直流負荷時，在水冷壁中的直流模式下，水冷壁管內的質量流速已能保證水冷壁管的充分冷卻。爐水再循環(huán)逐步切換至備用狀態(tài)，啟動系統(tǒng)中分離器貯水箱下來的疏水一路至再循環(huán)泵進口，另一路接至大氣擴容器，再經過疏水箱經疏水泵根據(jù)情況分別到達凝汽器以及機組排水槽。

給水系統(tǒng)為單元制，每臺機組配備兩臺50%容量的汽動給水泵組。汽動給水泵的正常運行汽源為主機的四段抽汽，機組啟動和低負荷時由輔助蒸汽系統(tǒng)或再熱冷段供汽。當主汽輪機負荷降至正常汽源壓力不能滿足要求時切換到備用汽源（輔助蒸汽系統(tǒng)或冷段），并在此工況下運行。當主機負荷重新上升時，調節(jié)器又能自動將汽源切換到工作汽源。

汽動給水泵組設有前置泵，并配備相應的電動機，前置泵布置在汽機房0米層，除氧器內的凝結水經前置泵升壓后至主給水泵進口，然后由小汽機驅動的主給水泵打出至給水系統(tǒng)，主給水泵及小汽機布置在汽機房17米層，每臺給水泵汽輪機自身配置電動油泵供油系統(tǒng)，供給水泵汽輪機本體軸承和被驅動的給水泵軸承潤滑用油及給水泵汽輪機保安用油。給水泵汽輪機調節(jié)用油采用中、低壓保安用油，來自潤滑油系統(tǒng)。

1 二氧化硅的危害

新建超超臨界直流爐有其自己的水汽工況特點，首先新建機組熱力系統(tǒng)的清潔度不如正常運行的機組清潔度高，系統(tǒng)中可能存在焊渣、泥砂、鐵銹、保溫棉等雜物，這些是含硅量較大的物質，影響水質穩(wěn)定。其次整套啟動期間采用CWT處理方式，給水全部變成蒸汽，鍋爐水的緩沖性較小，蒸汽的溫度、壓力較高，其所能溶解和攜帶的雜質種類較多，濃度較高，伴隨蒸汽轉移的雜質也較多，在汽輪機葉片上濃縮、結垢的的風險也較大，蒸汽品質對給水水質的變化較為迅速和敏感。最后新建機組在運行過程中由于試驗、不穩(wěn)定等因素，造成負荷波動較大，引起水汽品質波動較大。

鍋爐水中硅化物有多種形態(tài)，它的主要形態(tài)取決于爐水的pH值，pH值在8～10的范圍內，硅的溶解度隨著pH值的增大而增大，且在爐水中硅酸與硅酸鹽之間處在水解平衡狀態(tài)，如式1、式2所示。

當爐水的pH值抬高時，OH－離子濃度就增大，平衡向右側，即生成硅酸鹽方向移動，而硅酸鹽的溶解攜帶系數(shù)比硅酸小得多，因此，飽和蒸汽溶解攜帶的二氧化硅將減少。但當pH值超過12，pH值對硅酸溶解攜帶系數(shù)影響減小，pH值太高爐管有苛性脆化的危險。

在機組啟動時，隨著熱力系統(tǒng)中蒸汽壓力和溫度的上升，硅的化合物在蒸汽和水中溶解能力增大，且部分分子形態(tài)的硅酸更容易存在于飽和蒸汽中。當高溫的蒸汽沖擊汽輪機葉片，做完功后，蒸汽溫度和壓力降低，蒸汽中溶解和攜帶的硅就會析出，沉積在汽輪機葉片上，并在汽輪機葉片上濃縮，使得蒸汽的通道變窄，汽輪機葉片的表面光潔度降低，降低密封效果，直接影響汽輪機的效率，增大軸向推力，危害機組的穩(wěn)定運行，且長期積累的沉積物質可引起和加快對汽輪機葉片的腐蝕速率。

特別是在新建直流爐機組，應密切監(jiān)視、嚴格控制給水和蒸汽中的二氧化硅含量。

圖1

2 事件實例

某發(fā)電廠1000MW超超臨界燃煤火電機組在調試期間的一次機組整套啟動中，啟動分離器已進入干態(tài)運行，在400MW負荷穩(wěn)定運行8小時后，啟動分離器的二氧化硅含量在取樣分析時發(fā)生突變，由原來的191.4μg/L，突升至365.1μg/L，系統(tǒng)的煤量、給水水量無較大波動，壓力變化較小，并未有影響二氧化硅波動的操作，且省煤器和主蒸汽的二氧化硅含量未出現(xiàn)較大變化。

3 原因分析

隨著機組負荷的變化，省煤器和主蒸汽的二氧化硅含量發(fā)生相應的變化，啟動分離器的二氧化硅含量的卻發(fā)生了跳變。由于取樣分析時，所用的分析藥品一致，分析儀器表計是經過檢驗檢測機構校驗后進行使用的，經過了多次校準，分析方法均按照國家標準進行，較為統(tǒng)一，且取樣分析是連續(xù)進行的，排除了化學分析出現(xiàn)偏差的可能性。且由于此次啟動并非此臺機組的首次啟動，在上次啟動后，在鍋爐啟動系統(tǒng)部分無安裝消缺等工作，因此由于系統(tǒng)清潔問題帶入的雜質引起硅突變的可能也被排除。

各取樣管路在安裝時已經過壓縮空氣吹掃，在鍋爐吹管階段完成了變流量沖洗的工作，且在鍋爐吹管和第一次機組整套啟動過程中完成了機組各取樣點的取樣工作，準確進行了各取樣點汽水品質的分析，排除了取樣管路的清潔度對二氧化硅突變造成影響的可能性。

根據(jù)鍋爐啟動系統(tǒng)的構造分析，如圖1所示，在逼近最低直流負荷時，分離器水位消失，進入干態(tài)，汽水分離器疏水箱至鍋爐疏水擴容器閥門關閉，且啟動循環(huán)泵停用，聯(lián)鎖啟動循環(huán)泵出口閥門關閉。此時啟動循環(huán)泵進出口各設計有2路熱備用管，其作用不同，由于啟動分離器剛進入干態(tài)，此時給水壓力比蒸汽壓力高很多，因此熱備用②一路管道中的介質是不流動的，因此一般采用汽水分離器疏水箱至鍋爐疏水擴容器的熱備用管，即熱備用①一路為宜，此管路閥門自動狀態(tài)下邏輯為啟動分離器進入干態(tài)后，熱備用管路電動閥門開啟，電動調節(jié)門根據(jù)啟動循環(huán)泵的溫度測點調節(jié)開度大小，直至分離器壓力至18MPa才關閉，此時只要保持啟動循環(huán)泵入口電動門開啟狀態(tài)即可。

當汽水分離器疏水箱如果溫度不夠高，熱備用①路上的電動調節(jié)閥門會關小，或者電動調節(jié)閥門放在手動狀態(tài)，為保持汽水分離器疏水箱的溫度而人為將電動調節(jié)閥門關閉過小時，熱備用①路中的介質流速減緩，而啟動分離器的取樣管路就在啟動循環(huán)泵前，這部分介質如果流動性太差或者未能及時排放，隨著機組運行，其中水分必然會逐漸蒸發(fā)，介質逐漸濃縮，且取樣管路較細，導致從取樣點取到的水樣中二氧化硅含量增大，且相同時間間隔內，鍋爐熱負荷越高，增加的幅度越大，因此所檢測的啟動分離器的水樣就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏離，不再具有代表性。

4 解決方案

通過以上原因分析可知，機組轉干態(tài)運行后分離器的二氧化硅含量突變是由于熱備用管中的介質流速過低，導致取樣點前剩水未能及時排凈，使其取樣未能準確反應分離器中蒸汽品質所致。要解決這個問題，還是要從啟動系統(tǒng)入手，可保持啟動循環(huán)泵入口電動門開啟狀態(tài)，且在保證爐水循環(huán)泵和汽水分離器疏水箱溫度的前提下，調節(jié)熱備用管路中的電動調節(jié)閥門，加快熱備用管中的介質流速，從而解決了機組轉干態(tài)后啟動分離器取樣中二氧化硅含量突變的問題。

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